專利名稱：單芯光收發(fā)器和單芯光傳輸智能通信模塊及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，既涉及光收發(fā)器件、又涉及光通信模塊、還涉及到光通信模塊的應(yīng)用方案，尤其涉及單芯塑料光纖光收發(fā)器件和單芯塑料光纖光傳輸智能通信模塊及其具體的應(yīng)用方案。
背景技術(shù)：
光纖通信以其通信容量大、中繼距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點，正受到人們的極大重視。而實現(xiàn)光收發(fā)、光電轉(zhuǎn)換的光收發(fā)器件是實現(xiàn)光纖通信的最基礎(chǔ)器件。該器件既要實現(xiàn)光信號的接收與發(fā)送，即要有合適的輸出光功率、有良好的消光比、有良好的調(diào)制特性，這些是對光收發(fā)器件光發(fā)送功能的基本要求，還要求有極低誤碼率、較高接收靈敏度，這些是對光收發(fā)器件光接收功能的基本要求。通常使用的光收發(fā)器件為雙芯光收發(fā)器，兩端光收發(fā)器之間連接兩根光纖，一根光纖只傳輸一個方向的光信號，這樣要實現(xiàn)全雙工通信必須需要兩根光纖。在許多對光通信的數(shù)據(jù)量和傳輸速率要求相對比較低的應(yīng)用場合，考慮采用單根光纖實現(xiàn)光通信成為需要進(jìn)行應(yīng)用型研究的課題。同時，光收發(fā)器件作為光通信設(shè)備中最為基礎(chǔ)的器部，它主要實現(xiàn)光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換、電信號前置處理，它應(yīng)用到光通信技術(shù)領(lǐng)域，還需要為之配置相應(yīng)的外圍功能電路，以形成具有實用功能的光通信模塊?，F(xiàn)階段，能實現(xiàn)光纖通信的模塊不在少數(shù)，但未見有報道出現(xiàn)過采用一根單芯塑料光纖傳輸光信號實現(xiàn)光通信的模塊，更未見將以單芯光收發(fā)器件為基礎(chǔ)器件，結(jié)合微計算機(jī)技術(shù)，形成模塊之間僅需單芯塑料光纖傳輸光信號的、功能擴(kuò)展的、智能化的單芯光傳輸通信模塊。

信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，使多終端設(shè)備的實時管理控制成為可能，如，對生產(chǎn)作業(yè)場所若干設(shè)備的管理監(jiān)控、對在一定地域內(nèi)監(jiān)測儀表信息的采集、對居民小區(qū)電能表、水表、燃?xì)獗頂?shù)據(jù)實時抄收等等?，F(xiàn)實中的多終端設(shè)備通常要組成特定的系統(tǒng)架構(gòu)，由統(tǒng)一的管理平臺進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，為此，這些多終端設(shè)備與數(shù)據(jù)采集裝置或管理平臺之間需要建立數(shù)據(jù)鏈路，目前通常采用的數(shù)據(jù)鏈路形式有，無線模式(ZigB)、有線模式(485總線和電力線載波)，在當(dāng)今用電環(huán)境和空間電磁波環(huán)境情況下，這些數(shù)據(jù)傳輸模式都面臨復(fù)雜的電磁干擾，直接影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，在終端設(shè)備數(shù)量較大的情況下，如何快速準(zhǔn)確定位故障終端也成為了一個突出的問題。無線模式通常采用的樹狀結(jié)構(gòu)，每個終端直接與上一級數(shù)據(jù)節(jié)點通信聯(lián)系，各終端彼此之間不構(gòu)成聯(lián)系，這樣，當(dāng)無線通信受到長時間干擾或某終端無線通信模塊發(fā)生故障，就很難快速定位該故障終端。而485總線數(shù)據(jù)鏈路模式，每個終端與總線之間都需要有連線，由于485連線和總線中傳輸?shù)娜匀皇请娦盘?，故仍會受到電磁干擾，影響到數(shù)據(jù)實時傳輸，另外，485總線模式同樣無法在眾多終端中快速確定故障終端。如何將單芯光傳輸智能通信模塊具體地應(yīng)用到上述多終端設(shè)備的實時管理系統(tǒng)中，充分發(fā)揮光通信技術(shù)自身的特長，有效的、可靠的、節(jié)約的實現(xiàn)實時管理的各項功能，這成為當(dāng)前光通信技術(shù)所面臨的實際課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一個發(fā)明目的是提供一種新型的單芯光收發(fā)器件，使該器件能在一根光纖的條件下實現(xiàn)全雙工通信或半雙工通信，從而有效提高光纖的利用率，降低通信線路成本。本發(fā)明第二個發(fā)明目的是以新型的單芯光收發(fā)器件為光收發(fā)器件，配以微處理單元，形成一種單芯光傳輸智能通信模塊，從而有效拓展該模塊的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明第三個發(fā)明目的是給出單芯光傳輸智能通信模塊的具體應(yīng)用，并針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計出具體的單芯光傳輸智能通信模塊，有效解決原應(yīng)用系統(tǒng)存在的技術(shù)難題，提升應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性、可操控性以及智能化程度。為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，此種單芯光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置并固定于基座之上，其特征在于所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器受光元件所接收光信號的譜段相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器，實現(xiàn)點對點的全雙工光通信。在上述單芯光收發(fā)器技術(shù)方案中，所述光收發(fā)器有兩種光譜段，一種是紅光譜段(630nnT680nm), 一種是綠光譜段(500nnT550nm),只能發(fā)送紅光的發(fā)光兀件同軸設(shè)置于只能接收綠光受光元件的中心，而只能發(fā)送綠光的發(fā)光元件同軸設(shè)置于只能接收紅光受光元件的中心，上述兩種光收發(fā)器須成雙配對使用，即在單芯光纖的一端處所連接光收發(fā)器A，光收發(fā)器A的發(fā)光元件只發(fā)送紅光，其受光元件只接收綠光，而在這根單芯光纖的另一端處連接光收發(fā)器B，光收發(fā)器B的發(fā)光元件只發(fā)送綠光，其受光元件只接收紅光，這樣，通過一根單芯光纖，光收發(fā)器A發(fā)送的紅光信號能被收發(fā)器B的受光元件所接收，與此同時，仍然通過同一根單芯光纖，光收發(fā)器B發(fā)送的綠光也能被光收發(fā)器A的受光元件所接收，從而通過一根單芯光纖實現(xiàn)點對點的全雙工光通信。在上述單芯光收發(fā)器技術(shù)方案中，所述受光元件表面設(shè)置有濾色材料或濾波裝置，使受光元件只能接收紅光或只能接收綠光。為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明給出的第一種單芯光傳輸智能通信模塊技術(shù)方案是，此種單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有，光收發(fā)器件、智能通信電路，所述光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器受光元件所接收光信號的譜段相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器；所述智能通信電路由微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，微處理單元的信號輸入端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸出端，微處理單元的數(shù)據(jù)信號輸出端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸入端，微處理單元(MCU)在接收并處理經(jīng)單芯光收發(fā)器傳來電信號的同時，也能將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號 ，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號并傳送出去，從而實現(xiàn)全雙工光通信和智能控制。
為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明給出的第二種單芯光傳輸智能通信模塊技術(shù)方案是，此種單芯光傳輸智能通信模塊，其構(gòu)成包括有，單芯光收發(fā)器、智能通信電路，所述單芯光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件、透鏡，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于所述單芯光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段完全相同，該單芯光收發(fā)器中還設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)，該雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，該雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由一個微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，該微處理單元控制所述單芯光收發(fā)器中雙態(tài)開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，單芯光收發(fā)器將光纖傳來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并送到微處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)接口送出數(shù)據(jù)信息，而微處理單元也將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號，由單芯光纖傳輸出去，從而實現(xiàn)半雙工光通信和智能控制。為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明給出的第三種單芯光傳輸智能通信模塊技術(shù)方案是，此種單芯光傳輸智能通信模塊，其構(gòu)成包括有，單芯光收發(fā)器、智能通信電路，所述單芯光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于該通信模塊構(gòu)成中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯光收發(fā)器(F0T1和F0T2)，每個單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送光信號譜段和受光元件接收光信號譜段完全相同，單芯光收發(fā)器(FOTl)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW1)，單芯光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2),雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由模擬開關(guān)(SI)、模擬開關(guān)(S2)、一個微處理單元(MCU)和一個數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(S2)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(FOTl)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX2)，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(SI)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(F0T2)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯光 收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)連接至模擬開關(guān)(SI)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)經(jīng)模擬開關(guān)(SI)與單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端相連接，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)連接模擬開關(guān)(S2)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)經(jīng)模擬開關(guān)(S2)與單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端相連接，模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元(MCU)控制，單芯光收發(fā)器(F0T1)中雙態(tài)開關(guān)(Sffl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元(MCU)控制。本技術(shù)方案構(gòu)成了一種帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊。在上述第三種單芯光傳輸智能通信模塊技術(shù)方案中，所述模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)選用集成電路芯片SGM3005，所述微處理單元(MCU)選用8051。為實現(xiàn)上述第三個目的，本發(fā)明給出的第一種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案是，將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于多終端設(shè)備信息化管理，在每個終端設(shè)備中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，在數(shù)據(jù)采集裝置中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根塑料光纖連接相鄰終端設(shè)備中單芯光傳輸智能通信模塊，使所有終端設(shè)備中的單芯光傳輸智能通信模塊被單芯塑料光纖首尾串接，再將數(shù)據(jù)采集裝置中單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有終端設(shè)備和數(shù)據(jù)采集裝置之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)采集裝置既可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個采集終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，也可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個采集終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。在上述第一種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，所述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于該通信模塊構(gòu)成中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯光收發(fā)器(F0T1和F0T2)，每個單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送光信號譜段和受光元件接收光信號譜段完全相同，單芯光收發(fā)器(FOTl)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW1),單芯光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2),雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由模擬開關(guān)(SI)、模擬開關(guān)(S2)、一個微處理單元(MCU)和一個數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(S2)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(FOTl)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX2)，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(SI)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(F0T2)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)連接至模擬開關(guān)(SI)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)經(jīng)模擬開關(guān)(SI)與單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端 相連接，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)連接模擬開關(guān)(S2)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)經(jīng)模擬開關(guān)(S2)與單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端相連接,模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元(MCU)控制，單芯光收發(fā)器(FOTl)中雙態(tài)開關(guān)(SWl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元(MCU)控制。在上述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊技術(shù)方案中，所述模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)選用集成電路芯片SGM3005，所述微處理單元(MCU)選用8051。在上述第一種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于電能表抄表管理，在每個電能表中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，在集中器中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根塑料光纖連接相鄰電能表中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，使所有電能表帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊被單根單芯光纖串接，再將集中器中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有電能表和集中器之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，集中器根據(jù)上一級控制指令，沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息，也可以沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息。在上述第一種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，由電能表與集中器構(gòu)成的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，還具有快速定位故障電能表的功能，具體方法如下，集中器沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄表進(jìn)程中，一旦出現(xiàn)某個電能表沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，集中器立即沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄表，當(dāng)順時針方向抄表進(jìn)程中沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)的電能表，在逆時針方向抄表進(jìn)程中也沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可判斷該電能表產(chǎn)生故障，如果在逆時針方向抄表進(jìn)程中該電能表有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可以判斷該電能表本身并沒有故障，可能是該電能表與相鄰電能表之間的光纖斷開或脫落。為實現(xiàn)上述第三個目的，本發(fā)明的第二種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案是，將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于家居插座，在每個家居插座中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，同時在家庭用電信息采集裝置中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根單芯塑料光纖連接相鄰插座中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，使所有家居插座帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊被單芯光纖串接，再將家庭用電信息采集裝置中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有家居插座和家庭用電信息采集裝置之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，家庭用電信息采集裝置可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個采集各插座的用電信息，也可以沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個采集各插座的用電信息。在上述第二種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，所述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置于基座之上 ，其特征在于該通信模塊構(gòu)成中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯光收發(fā)器(F0T1和F0T2)，每個單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送光信號譜段和受光元件接收光信號譜段完全相同，單芯光收發(fā)器(FOTl)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW1),單芯光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2),雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由模擬開關(guān)(SI)、模擬開關(guān)(S2)、一個微處理單元(MCU)和一個數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(S2)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(FOTl)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX2)，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(SI)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(F0T2)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)連接至模擬開關(guān)(SI)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)經(jīng)模擬開關(guān)(SI)與單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端相連接，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)連接模擬開關(guān)(S2)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)經(jīng)模擬開關(guān)(S2)與單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端相連接,模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元(MCU)控制，單芯光收發(fā)器(FOTl)中雙態(tài)開關(guān)(SWl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元(MCU)控制。在上述第二種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，所述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊中的微處理單元(MCU)還連接有顯示器件(IXD)、硬件實時時鐘模塊(RTC)、繼電器、電能計量單元(EMU)、加密模塊。為實現(xiàn)上述第三個目的，本發(fā)明的第三種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案是，將發(fā)、收分色的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于城市全光網(wǎng)建設(shè)所需要光電轉(zhuǎn)換器和智能通信中，在單芯光纖的一端連接一個只發(fā)送紅光、只接收綠光的單芯光傳輸智能通信模塊，而在同一根單芯光纖的另一端連接一個只發(fā)送綠光、只接收紅光的單芯光傳輸智能通信模塊，從而實現(xiàn)全雙工光通信。 在上述第三種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用技術(shù)方案中，所述的發(fā)、收分色的單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有，光收發(fā)器件、智能通信電路，所述光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件、透鏡，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器的受光元件所接收光信號譜段則相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器；所述智能通信電路由微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，微處理單元的信號輸入端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸出端，微處理單元的數(shù)據(jù)信號輸出端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸入端，微處理單元能在接收并處理經(jīng)單芯光收發(fā)器傳來電信號的同時，也能將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號并傳送出去，從而實現(xiàn)全雙工光通信和智能控制。本發(fā)明的優(yōu)點是
第一、本發(fā)明所提供的單芯光收發(fā)器件解決了不同顏色(紅光和綠光)光信號在同一根單芯塑料光纖內(nèi)，從不同方向同時傳輸光信號的技術(shù)問題，從而為采用單一塑料光纖實現(xiàn)全雙工光通信提供了最基礎(chǔ)的光收發(fā)器件。在許多對傳輸數(shù)據(jù)量要求不很高的應(yīng)用場合，該單芯光收發(fā)器件的經(jīng)濟(jì)性、使用簡便性明顯凸現(xiàn)。第二、本發(fā)明提供的單芯光傳輸智能通信模塊是將單芯光收發(fā)器與微計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使作為光信號傳輸基礎(chǔ)器件的單芯光收發(fā)器更加多功能化和智能化，有效拓展了光通信的實際應(yīng)用領(lǐng)域，為城市全光網(wǎng)末端幾百米的構(gòu)建提供了實用技術(shù)方案。第三、本發(fā)明在多終端設(shè)備信息化管理系統(tǒng)中實際應(yīng)用了本發(fā)明的單芯光傳輸智能通信模塊。有效地解決了多終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、故障點快速判斷等實際問題，充分發(fā)揮了光纖通信的獨特優(yōu)勢，全面提升了多終端設(shè)備信息化管理的品質(zhì)，同時還降低了應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)成本、管理維護(hù)成本。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的只發(fā)送綠光、只接收綠光的單芯光收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明單芯光收發(fā)器之一的結(jié)構(gòu)示意圖(只發(fā)送紅光、只接收綠光)。圖3是本發(fā)明單芯光收發(fā)器之二的結(jié)構(gòu)示意圖(只發(fā)送綠光、只接收紅光)。圖4是本發(fā)明單芯雙色光傳輸全雙工模式智能通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明單芯單色光傳輸半雙工模式智能通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸半雙工模式智能通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明實施例一，帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于電能表抄表系統(tǒng)的接線示意圖。圖8是本發(fā)明實施例一，電能表或集中器、帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊、單芯塑料光纖的連接示意圖。圖9是本發(fā)明實施例一，電能表或集中器所采用帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊實現(xiàn)半雙工方式光通信電路原理圖。圖10是本發(fā)明實例二，帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于家居智能插座的電路功能框圖。圖11是本發(fā)明實例三，單芯雙色光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于城市全光網(wǎng)建設(shè)的光電轉(zhuǎn)換器的電路功能示意圖。以上附圖中，I是基座，2是受光元件，3是發(fā)光元件，4是透鏡，5是單芯塑料光纖，6是綠色光/[目號，7是綠色光彳目號，11是基座，12是受:光兀件，13是發(fā)光兀件，14是透鏡，15是單芯塑料光纖，16是綠色光信號，17是紅色光信號，21是基座，22是受光元件，23是發(fā)光元件，24是透鏡，25是單芯塑料光纖，26是紅色光信號，27是綠色光信號，31是單芯塑料光纖，32是紅色光信號，33是綠色光信號，34是單芯雙色光收發(fā)器，35是微處理單元(MCU)，36是數(shù)據(jù)接口，37是加密模塊，41是單芯塑料光纖，42是綠色光信號，43是單芯單色光收發(fā)器，44是微處理單元(MCU)，45是加密模塊，46是數(shù)據(jù)接口，51是單芯塑料光纖，52是綠色光信號，53是單芯塑料光纖，54是綠色光信號，55是單芯單色光收發(fā)器件組(F0T1和F0T2)，56是模擬開關(guān)(SI和S2)，57是微處理單元，58是加密模塊，59是數(shù)據(jù)接口，61是設(shè)置有光通信模塊的集中器，62是設(shè)置有光通信模塊的電表(I)，63是設(shè)置有光通信模塊的電表(2), 64是設(shè)置有光通信模塊的電表(3), 65是設(shè)置有光通信模塊的電表(4), 66是設(shè)置有光通信模塊的電表(N)，67是單芯塑料光纖，71是電能表或集中器，72是設(shè)置在電能表或集中器中的數(shù)據(jù)接口，73是設(shè)置在電能表或集中器中的電源，74是設(shè)置在光通信模塊中的數(shù)據(jù)接口，75是設(shè)置在光通信模塊中的電源，76是光通信模塊電路，77是單芯塑料光纖，78是單芯塑料光纖，81是單芯光收發(fā)器(綠光)，82是單芯光收發(fā)器(綠光)，83是模擬開關(guān)(SGM3005),84是微處理單元(8051MCU)，85是數(shù)據(jù)接口，86是電源(HT7533)，91是單芯塑料光纖，92是綠色光信號，93是單芯塑料光纖，94是綠色光信號，95是單芯單色光收發(fā)器件組(FOTI和F0T2)，96是模擬開關(guān)(SI和S2)，97是電源，98是顯示器件(LCD)，99是微處理單元(MCU)，100是加密模塊，101是硬件實時時鐘模塊(RCT)，102是繼電器，103是電能計量單元(EMU)，111是數(shù)據(jù)接口，112是微處理單元，113是加密模塊，114是單芯雙色光收發(fā)器，115是單芯塑料光纖，116是綠光信號，117是紅光信號，118是單芯雙色光收發(fā)器，119是微處理單元，120是加密模塊，121是數(shù)據(jù)接口。
具體實施例方式
實施例一
本實施例為只發(fā)送紅光信號，只接收綠光信號的單芯光收發(fā)器，其結(jié)構(gòu)如附圖2和附圖3所示。附圖2給出的是本實施例一種單芯光收發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意，發(fā)光元件13和受光元件12同軸設(shè)置于基座11之上，發(fā)光元件13只發(fā)送650nm紅光信號17，受光元件12只接收510nm綠光信號16，發(fā)光元件13發(fā)送紅光信號17的同時，不影響受光元件12接收綠光信號16，受光元件12只能接收綠光信號16，受光元件12對發(fā)光元件13發(fā)出的紅光信號幾乎不接收。這樣，在同一根單芯塑料光纖15中，當(dāng)紅光信號從光纖的這一端向另一端傳輸?shù)耐瑫r，綠光信號從光纖的另一端向這一端傳輸。附圖3給出的是本實施例另一種單芯光收發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意，其組成及構(gòu)造與附圖2給出的單芯光收發(fā)器相同，區(qū)別僅在于發(fā)光兀件23只發(fā)送650nm紅光信號27,受光兀件22只接收5IOnm綠光信號26。本實施例所給出的兩種單芯光收發(fā)器，在實際應(yīng)用場合需要配對使用，即在單芯塑料光纖的一端處所連接單芯光收發(fā)器A (如附圖2所示)，單芯光收發(fā)器A的發(fā)光元件只發(fā)送紅光，其受光元件只接收綠光，而在這根單芯塑料光纖的另一端處連接單芯光收發(fā)器B(如附圖3所示)，單芯光收發(fā)器B的發(fā)光元件只發(fā)送綠光，其受光元件只接收紅光，從而實現(xiàn)全雙工通信
本實施例中，單芯光收發(fā)器中的受光元件如何能高靈敏的只接收紅光信號或只接收綠光信號，這是此種單芯雙色光收發(fā)器性能高低的關(guān)鍵，一方面采用光譜段選擇性好的受光材料制作受光元件，另一方面是在現(xiàn)有光譜段較寬的受光元件表面設(shè)置濾色材料，將不希望被受光元件接收的光信號濾除，或者增加濾波裝置將不希望被受光元件接收的光信號濾除，使受光元件只能接收紅 光或只能接收綠光。實施例二
本實施例為單芯雙色光傳輸智能通信模塊，其電路功能框圖如附圖4所示。本實施例單芯光傳輸智能通信模塊由光收發(fā)器34、微處理單兀35、數(shù)據(jù)接口 36和加密模塊37構(gòu)成,光收發(fā)器34的發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上,發(fā)光兀件和受光元件的光軸與單芯塑料光纖31的光軸重合，光收發(fā)器34只能發(fā)送綠光33、只能接收紅光32。本實施例單芯光傳輸智能通信模塊在實際使用中，需要與光收發(fā)器只能發(fā)送紅光，只能接收綠光的單芯光傳輸智能通信模塊配對使用。單芯塑料光纖承擔(dān)了同時、雙方向傳輸紅光信號和綠光信號的功用。微處理單元35的信號輸入端連接光收發(fā)器34的電信號輸出端，微處理單元35的數(shù)據(jù)信號輸出端連接光收發(fā)器34的電信號輸入端，微處理單元能在接收并處理經(jīng)光收發(fā)器傳來電信號的同時，也能將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號并傳送出去，從而實現(xiàn)全雙工光通信和智能控制。實施例三
本實施例為單芯單色光傳輸智能通信模塊，其電路功能框圖如附圖5所示。本實施例單芯光傳輸智能通信模塊由單芯單色光收發(fā)器43、微處理單兀44、加密模塊45和數(shù)據(jù)接口 46構(gòu)成，單芯單色光收發(fā)器43中的發(fā)光元件發(fā)送綠色光信號、受光元件接收綠色光信號，設(shè)置在單芯單色光收發(fā)器中的雙態(tài)開關(guān)(SW)，使該單芯單色光收發(fā)器處于只發(fā)送綠色光信號狀態(tài)或只處于接收綠色光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)(SW)受微處理單元44控制，單芯單色光收發(fā)器43將單芯塑料光纖41傳來的綠色光信號42轉(zhuǎn)換成電信號并送到微處理單元44進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)接口 46送出數(shù)據(jù)信息，而微處理單元44也將數(shù)據(jù)接口 46送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯單色光收發(fā)器43轉(zhuǎn)換成綠色光信號42，由單芯塑料光纖41傳輸出去，從而實現(xiàn)半雙工光通信和智能控制，加密模塊45能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。實施例?br> 本實施例為帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊，其電路功能框圖如附圖6所示。本實施例帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯單色光收發(fā)器件組55 (F0T1和F0T2)，每個單芯單色光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送510nm綠色光信號，受光元件接收510nm綠色光信號，單芯單色光收發(fā)器(F0T1)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SWl )，單芯單色光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2)，雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯單色光收發(fā)器處于只發(fā)送綠光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯單色光收發(fā)器處于只接收綠光信號狀態(tài)；單芯單色光收發(fā)器(FOTl)的電信號一路輸送到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯單色光收發(fā)器(FOTl)的電信號另一路經(jīng)處于常閉狀態(tài)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯單色光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯單色光收發(fā)器(F0T2)的電信號一種輸送到微處理單兀(MCU)的信號輸入端(RX2),單芯單色光收發(fā)器(F0T2)的電信號另一路經(jīng)處于常閉狀態(tài)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯單色光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài),微處理單兀57 (MCU)的信號輸出端(TXl)能將電信號輸送至單芯單色光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)，微處理單兀57 (MCU)的信號輸出端(TX2)能將電信號輸送至單芯單色光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端。模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元57 (MCU)控制，單芯光收發(fā)器(FOTl)中雙態(tài)開關(guān)(SWl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元57 (MCU)控制。當(dāng)單芯單色光收發(fā)器(FOTl)把由單芯塑料光纖51傳輸來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過模擬開關(guān)Si由信號處理單元處理后分為兩路，一路直接輸出至微處理單元57，另一路經(jīng)過模擬開關(guān)S2將此信號通過單芯單色光收發(fā)器(F0T2)轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送至單芯塑料光纖53，同時完成了光信號的接受處理和橋接功能(光信號由單芯塑料光纖51橋接到單芯塑料光纖53)。后端的數(shù)據(jù)也可以經(jīng)過信號處理和切換控制單元通過模擬開關(guān)56發(fā)送至單芯單色光收發(fā)器(FOTl)或單芯單色光收發(fā)器(F0T2)。最后通過單芯塑料光纖51或單芯塑料光纖53來傳輸。這樣完成了單芯塑料光纖的半雙工通信。本實施例中，微處理單元57與外圍功能電路的數(shù)據(jù)傳輸和交換通過數(shù)據(jù)接口 59實現(xiàn)，加密模塊58和微處理單元57可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或解密處理。微處理單元57可以是4位，8位，16位，32位，或更寬數(shù)據(jù)處理功能的處理器或由DSP、邏輯器件組成的有邏輯運算功能的控制單元。實施例五
本實施例是帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊在電能表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。目前電力抄表系統(tǒng)中的通信方式多為集中器上行采用GPRS與主站通信，下行則采用電力線載波方式(PLC)、485總線方式(RS485)、公用頻段無線等方式與電表之間通信。然而現(xiàn)行的下行通信方式中多存在抗干擾能力差，抄表成功率不高等一系列問題被業(yè)內(nèi)普遍共知，本實施例采用了帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊和單芯塑料光纖組成了抄表集中器與各電能表之間的下行光通信網(wǎng)絡(luò)，具體連線如附圖7所示。附圖7給出了本實施例各電能表與集中器的具體連線方式。在每個電能表62、63、64、65、……、66中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，在集中器61中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單芯塑料光纖67連接相鄰電能表中單芯光傳輸智能通信模塊，使所有電能表帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊被單根單芯塑料光纖串接，再將集中器61中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有電能表和集中器之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，集中器根據(jù)上一級控制指令，沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息，也可以沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息。附圖7中，集中器和電能表上的光通信模塊之間通過單芯塑料光纖串聯(lián)形成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，集中器61發(fā)出通信數(shù)據(jù),經(jīng)光通信模塊轉(zhuǎn)換成光信號由光纖傳輸至電表62,由于光通信模塊具有信號橋接功能，故集中器61發(fā)出的通信數(shù)據(jù)被橋接至電表63……一直橋接到電表(η) 66，最后又傳回至集中器通信模塊，完成一次數(shù)據(jù)環(huán)路通信。附圖8給出了本實施例中電能表或集中器、帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊、單芯塑料光纖三者之間的連接示意圖。集中器或電能表71中的數(shù)據(jù)接口 72采用USART，通過數(shù)據(jù)發(fā)(TXD)和數(shù)據(jù)收(RXD)與帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊76中的數(shù)據(jù)接口 74對接，電能表或集中器中的電源73也為帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊76中的電源75提供電能，帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊76具有兩個單芯塑料光纖(POF)連接埠。附圖9給出了本實施例電能表或集中器所設(shè)置的帶有信號橋接功能的單芯單色光傳輸智能通信模塊電路原 理圖。本實施例中，其中FOTl、F0T2是單芯單色光收發(fā)器，Ul是微處理單元(MCU)，選用8051通用單片機(jī)，U2是雙模擬開關(guān)，選用集成電路芯片SGM3005來實現(xiàn)模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)的開關(guān)功能，Vl將電表或集中器提供的5V電壓轉(zhuǎn)換為各器件的工作電壓3. 3V，JP是光通信模塊與電表或集中器之間的接口。下面我們以點抄某一塊電表為例，詳細(xì)說明其工作原理。由于每塊電能表都有代表自己身份信息匹配的通信地址，譬如集中器發(fā)出抄收電能表64的命令,工作原理如下集中器61發(fā)出含有電表64身份信息的抄表命令信號先由
電表62獲得，同時橋接給電表63,然后橋接給電表64......，在電表62收到命令后會解析命
令中的身份信息，發(fā)現(xiàn)與自己并不匹配后，電表62不作響應(yīng)，電表63亦如此，而當(dāng)電表64收到命令，解析信號并身份匹配成功后，將命令所對應(yīng)的數(shù)據(jù)反向回傳，電表63和電表62作為信號橋接器將電表64的回復(fù)數(shù)據(jù)傳送給集中器61，集中器完成一次點抄數(shù)據(jù)。本實施例可實現(xiàn)高穩(wěn)定性，高保密性和極高的一次抄表成功率。另外，本實施例還具有快速定位故障電能表的功能，具體方法如下，集中器61沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄表進(jìn)程中，一旦出現(xiàn)某個電能表(如電表64)沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，集中器61立即沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄表，當(dāng)順時針方向抄表進(jìn)程中沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)的電能表(如電表64)，在逆時針方向抄表進(jìn)程中也沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可判斷該電能表產(chǎn)生故障，如果在逆時針方向抄表進(jìn)程中該電能表(如電表64)有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可以判斷該電能表(如電表64)本身并沒有故障,可能是該電能表(如電表64)與相鄰電能表(如電表63)之間的連接光纖斷開或脫落。實施例六
智能家居概念以及實施方案已日趨成熟，智能插座是智能家居系統(tǒng)中的重要節(jié)點，然而各智能插座節(jié)點間的通信和智能插座的電能量采集和控制則更加重要。本實施例是單芯光傳輸智能通信模塊在家居智能插座中的應(yīng)用實例，為電能量采集與負(fù)載控制提供了有效的解決方案，其電路框圖如附圖10所示。本實施例的主要特點在于采用了單芯單色光收發(fā)器件組(F0T1和F0T2) 95、模擬開關(guān)96、電源97、顯示器(IXD) 98、微處理單元(MCU) 99、加密模塊100、硬件實時時鐘模塊(RTC) 101、繼電器102、以及電能計量單元(EMU) 103。微處理單元99控制單芯單色光收發(fā)器件組95中雙態(tài)開關(guān)SI和S2，以保證單芯單色光收發(fā)器件組中的FOTl和F0T2或是處于發(fā)送光信號狀態(tài)，或是處于接收光信號狀態(tài)，微處理單元99還控制模擬開關(guān)96，以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后端的信號流向切換，微處理單元99同時還與電能計量單元(EMU)103通信，以采集電能量信息，微處理單元99還與繼電器102通信，以控制后端負(fù)載是否接通。若采用實施例五中的組網(wǎng)模式，可以使多個智能插座與家庭智能管理終端一起融入智能家居光通信網(wǎng)絡(luò)。實施例七
在城市全光網(wǎng)建設(shè)中，室內(nèi)光網(wǎng)絡(luò)采 用塑料光纖傳輸信號有很大優(yōu)勢，塑料光纖相對于石英光纖而言，價格便宜、組網(wǎng)施工要求低、不需要專業(yè)人員、不需要使用專門工具，在城市全光網(wǎng)末端幾百構(gòu)建中，塑料光纖將會起到越來越重要的作用，為此，單芯塑料光纖通信的應(yīng)用必將會面臨與現(xiàn)有設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)接口的兼容性問題，本實施例正是將單芯雙色光傳輸智能通信模塊在城市全光網(wǎng)的光電轉(zhuǎn)換電路中的應(yīng)用實例，其電路框圖如附圖11所示。本實施例可以方便的將光信號轉(zhuǎn)換為USB接口、WIFI信號、PLC通信信號等，為城市全光網(wǎng)建設(shè)中的末端幾百米提供了有效的技術(shù)支撐。
權(quán)利要求
1.一種單芯光收發(fā)器，其構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件、透鏡，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置并固定于基座之上，其特征在于所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器受光元件所接收光信號的譜段相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器，實現(xiàn)點對點的全雙工光通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯光收發(fā)器，其特征在只能于所述光收發(fā)器有兩種光譜段，一種是紅光譜段，一種是綠光譜段，只能發(fā)送紅光的發(fā)光元件同軸設(shè)置于只能接收綠光受光元件的中心，而只能發(fā)送綠光的發(fā)光元件同軸設(shè)置于只能接收紅光受光元件的中心，上述兩種光收發(fā)器須成雙配對使用，即在單芯光纖的一端處所連接光收發(fā)器A，光收發(fā)器A的發(fā)光元件只發(fā)送紅光，其受光元件只接收綠光，而在這根單芯光纖的另一端處連接光收發(fā)器B，光收發(fā)器B的發(fā)光元件只發(fā)送綠光，其受光元件只接收紅光，這樣，通過一根單芯光纖，光收發(fā)器A發(fā)送的紅光信號能被收發(fā)器B的受光元件所接收，與此同時，仍然通過同一根單芯光纖，光收發(fā)器B發(fā)送的綠光也能被光收發(fā)器A的受光元件所接收，從而通過一根單芯光纖實現(xiàn)點對點的全雙工光通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單芯光收發(fā)器，其特征在于所述受光元件表面設(shè)置有濾色材料或濾波裝置，使受光元件只能接收紅光或只能接收綠光。
4.一種單芯光傳輸智能通信模塊，其構(gòu)成包括有，光收發(fā)器件、智能通信電路，所述光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件、透鏡，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器受光元件所接收光信號的譜段相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器；所述智能通信電路由微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，微處理單元的信號輸入端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸出端，微處理單元的數(shù)據(jù)信號輸出端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸入端，微處理單元能在接收并處理經(jīng)單芯光收發(fā)器傳來電信號的同時，也能將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號并傳送出去，從而實現(xiàn)全雙工光通信和智能控制。
5.一種單芯光傳輸智能通信模塊，其構(gòu)成包括有，單芯光收發(fā)器、智能通信電路，所述單芯光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于所述單芯光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段完全相同，該單芯光收發(fā)器中還設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)，該雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，該雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由一個微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，該微處理單元控制所述單芯光收發(fā)器中雙態(tài)開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，單芯光收發(fā)器將光纖傳來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并送到微處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和處理，再經(jīng)數(shù)據(jù)接口送出數(shù)據(jù)信息，而微處理單元也將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號，由單芯光纖傳輸出去，從而實現(xiàn)半雙工光通信和智能控制。
6.一種單芯光傳輸智能通信模塊，其構(gòu)成包括有，單芯光收發(fā)器、智能通信電路，所述單芯光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于該通信模塊構(gòu)成中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯光收發(fā)器(F0T1和F0T2)，每個單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送光信號譜段和受光元件接收光信號譜段完全相同，單芯光收發(fā)器(FOTl)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW1)，單芯光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2),雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由模擬開關(guān)(SI)、模擬開關(guān)(S2)、一個微處理單元(MCU)和一個數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(S2)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(FOTl)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX2)，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(SI)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(F0T2)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)連接至模擬開關(guān)(SI)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)經(jīng)模擬開關(guān)(SI)與單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸入端相連接，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)連接模擬開關(guān)(S2)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)經(jīng)模擬開關(guān)(S2)與單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端相連接，模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元(MCU)控制，單芯光收發(fā)器(F0T1)中雙態(tài)開關(guān)(Sffl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元(MCU)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述單芯光傳輸智能通信模塊，其特征在于所述模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)選用集成電路芯片SGM3005，所述微處理單元(MCU)選用8051。
8.—種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于多終端設(shè)備信息化管理，在每個終端設(shè)備中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，在數(shù)據(jù)采集裝置中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根塑料光纖連接相鄰終端設(shè)備中單芯光傳輸智能通信模塊，使所有終端設(shè)備中的單芯光傳輸智能通信模塊被單芯塑料光纖首尾串接，再將數(shù)據(jù)采集裝置中單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有終端設(shè)備和數(shù)據(jù)采集裝置之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)采集裝置既可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個采集終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，也可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個采集終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于所述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有基座、發(fā)光元件、受光元件，發(fā)光元件和受光元件同軸設(shè)置于基座之上，其特征在于該通信模塊構(gòu)成中包括有兩個結(jié)構(gòu)相同的單芯光收發(fā)器(F0T1和F0T2)，每個單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件發(fā)送光信號譜段和受光元件接收光信號譜段完全相同，單芯光收發(fā)器(FOTl)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW1),單芯光收發(fā)器(F0T2)中設(shè)置有一個雙態(tài)開關(guān)(SW2),雙態(tài)開關(guān)的一個開關(guān)狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只發(fā)送光信號狀態(tài)，雙態(tài)開關(guān)的另一個狀態(tài)是使該單芯光收發(fā)器處于只接收光信號狀態(tài)；所述智能通信電路由模擬開關(guān)(SI)、模擬開關(guān)(S2)、一個微處理單元(MCU)和一個數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX1)，單芯光收發(fā)器(FOTl)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(S2)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(FOTl)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(S2)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端既連接到微處理單元(MCU)的信號輸入端(RX2)，單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸出端還連接至模擬開關(guān)(SI)的常閉觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常閉狀態(tài)位置，單芯光收發(fā)器(F0T2)的輸出電信號能經(jīng)模擬開關(guān)(SI)橋接到單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)連接至模擬開關(guān)(SI)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(SI)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TXl)經(jīng)模擬開關(guān)(SI)與單芯光收發(fā)器(F0T1)的電信號輸入端相連接，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)連接模擬開關(guān)(S2)的常開觸點，當(dāng)模擬開關(guān)(S2)處于常開狀態(tài)位置，微處理單元(MCU)的信號輸出端(TX2)經(jīng)模擬開關(guān)(S2)與單芯光收發(fā)器(F0T2)的電信號輸入端相連接,模擬開關(guān)(SI)和模擬開關(guān)(S2)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換受到微處理單元(MCU)控制，單芯光收發(fā)器(F0T1)中雙態(tài)開關(guān)(Sffl)和單芯光收發(fā)器(F0T2)中雙態(tài)開關(guān)(SW2)也受到微處理單元(MCU)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于電能表抄表管理，在每個電能表中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，在集中器中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根塑料光纖連接相鄰電能表中單芯光傳輸智能通信模塊，使所有電能表的單芯光傳輸智能通信模塊被單根單芯光纖串接，再將集中器中單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有電能表和集中器之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，集中器根據(jù)上一級控制指令，沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息，也可以沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄收電能表的數(shù)據(jù)信息。
11.、根據(jù)權(quán)利要求10所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于通過電能表和集中器之間建立的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，還具有快速定位故障電能表的功能，具體方法如下，集中器沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個抄表進(jìn)程中，一旦出現(xiàn)某個電能表沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，集中器立即沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個抄表，當(dāng)順時針方向抄表進(jìn)程中沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)的電能表，在逆時針方向抄表進(jìn)程中也沒有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可判斷該電能表產(chǎn)生故障，如果在逆時針方向抄表進(jìn)程中該電能表有數(shù)據(jù)響應(yīng)，即可以判斷該電能表本身并沒有故障，可能是該電能表與相鄰電能表之間的光纖斷開或脫落。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于將帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于家居插座，在每個家居插座中設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，同時在家庭用電信息采集裝置中也設(shè)置帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，并用單根單芯塑料光纖連接相鄰插座中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊，使所有家居插座帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊被單芯光纖串接，再將家庭用電信息采集裝置中帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊也串接其中，形成一個閉環(huán)，這樣就在所有家居插座和家庭用電信息采集裝置之間建立了的光信號傳輸串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路，家庭用電信息采集裝置可以沿該串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路順時針方向逐個采集各插座的用電信息，也可以沿串行環(huán)狀數(shù)據(jù)鏈路逆時針方向逐個采集各插座的用電信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于所述帶有信號橋接功能的單芯光傳輸智能通信模塊中的微處理單元(MCU)還連接有顯示器件(IXD)、硬件實時時鐘模塊(RTC)、繼電器、電能計量單元(EMU)、加密模塊。
14.一種單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于將發(fā)、收分色的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用于城市全光網(wǎng)建設(shè)所需要光電轉(zhuǎn)換器和智能通信中，在單芯光纖的一端連接一個只發(fā)送紅光、只接收綠光的單芯光傳輸智能通信模塊，而在同一根單芯光纖的另一端連接一個只發(fā)送綠光、只接收紅光的單芯光傳輸智能通信模塊，從而實現(xiàn)全雙工光通信。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用，其特征在于所述的發(fā)、收分色的單芯光傳輸智能通信模塊構(gòu)成包括有，光收發(fā)器件、智能通信電路，所述光收發(fā)器構(gòu)成包括有基座、發(fā)光兀件、受光兀件，發(fā)光兀件和受光兀件同軸設(shè)置于基座之上，所述光收發(fā)器中發(fā)光元件所發(fā)送光信號的譜段與受光元件所接收光信號的譜段不相同，單芯光纖一端所連接光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號譜段與該單芯光纖另一端所連接光收發(fā)器受光元件所接收光信號譜段則相同，即單芯光纖兩端所連接的光收發(fā)器要匹配，兩種譜段光信號經(jīng)單芯光纖同時且相對地從一端光收發(fā)器傳輸?shù)竭_(dá)另一端光收發(fā)器；所述智能通信電路由微處理單元(MCU)和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成，微處理單元的信號輸入端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸出端，微處理單元的數(shù)據(jù)信號輸出端連接單芯光收發(fā)器的電信號輸入端，微處理單元能在接收并處理經(jīng)單芯光收發(fā)器傳來電信號的同時，也能將數(shù)據(jù)接口送入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)該單芯光收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號并傳送出去，從而實現(xiàn)全雙工光通信和智能控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單芯光收發(fā)器和單芯光傳輸智能通信模塊及其應(yīng)用,本發(fā)明采用單芯塑料光纖傳輸光信號，特點一，該單芯光收發(fā)器的發(fā)光元件所發(fā)送光信號譜段與受光元件所接收光信號譜段不相同，將其配對使用，即可僅用單芯光纖實現(xiàn)全雙工通信；特點二，將該單芯光收發(fā)器與智能控制電路結(jié)合，形成全雙工、半雙工以及具有信號橋接功能的智能通信模塊；特點三，將該單芯光傳輸智能通信模塊應(yīng)用到電能表遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)、家居智能插座以及城市全光網(wǎng)光電轉(zhuǎn)換裝置中。本發(fā)明將單芯光傳輸智能光通訊模塊與多終端設(shè)備結(jié)合并組網(wǎng)，全面提升了多終端信息化管理可靠性、時效性，并還降低了建網(wǎng)和維護(hù)成本。本發(fā)明還為城市全光網(wǎng)構(gòu)建的末端幾百米提供了實用技術(shù)方案。
文檔編號H04B10/43GK103036619SQ20121055877
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者郝為民, 郭炳慶, 蔡青有, 胡國祥, 何軍燾, 戴強(qiáng), 稻垣優(yōu)人, 鈴木貴幸 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 南京光露電子有限公司, 浜松光子學(xué)株式會社